JPS6044856A - ベ−パ・センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はベーパや・センサ（ｖａｐｏｕｒ　５ｅｎｓｏ
ｒ）　Ｋ関１〜＆例えば濁度センサに関する。

べ−・母感応型コンデンサ、特に湿度感応型コンデンサ
が知られている。しかしながら、それらの装置は１周囲
ベー、ｅ分圧の変化によって惹起される容量の変化が小
さいので、その装置に関連して用いられる電気回路内に
発生しうる浮遊容量を除去するために相当な注意を要Ｉ
〜、さもないと検知されるべき効果がその浮遊容量によ
りマスクされてしまうという難点がある。

従って１本発明は上述した従来のものとは全く異なる形
式のベーパ・センサを提供することを目的とする。

本発明によりば、選択でれた種類の周囲ベーパのうちの
選択された１つまたは任意の１つを吸収しうる材料より
なる層をダート電極とダート絶縁物との間に有する絶縁
ダート型電界効果トランジスタよシなり、前記ダート電
極が前記層をベーパに露呈させうるようになされており
、前記材料が。

前記吸収の結果、バルク誘電率の変化管受け、それによ
り前記トランジスタのドレイ・ソースチャンネル内に導
電率の検知可能な変化を生じさせるようになされている
ことを特徴とするベーパ４・センサが提供される。

ベーパの吸収により惹起されるバルク誘電率（ｂｕｌｋ
　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　）の変化
により、ダート容量の変化が生じ、このダート容量の変
化により、ケゝ−ト電圧が一定の場合、ドレン電流のそ
れに対応した変化が生ずる。このドレン電流の変化は吸
収されるベーパの量に依存し、そのペー・ぐの量はイー
２９分圧とそのベー・母に対する吸収材の親和力に依存
する。

従って、ある種のセンサの場合には、ドレン電流がベー
パ分圧の表示を与えることができる。

ベーパ・センサの一例としては、ダート電極とダート絶
縁物との間における吸収層が周囲の水蒸気に応答する湿
度センサがある。しかしながら。

本発明は湿度センサ以外のセンサをも包含するものであ
って、吸収材は所望のベーパまたは所望のクラスのベー
パに応答するように選択されうろことが理解されるであ
ろう。

湿度センサの場合には、ダート電極とゲート絶縁物との
間における吸収層は、例えば親水重合体のような親水物
質で形成されうる。このような重合体はヒドロゲルの形
態をなしつるものであり。

本発明者等は、特に有効なヒドロゲルがポリアクリル酸
塩から作成されうろことを確認した。

ポリアクリル酸塩とドロケ８ルは適当々ヒドロオキシア
ルキル・アクリル酸塩またはメタクリル酸−塩を重合す
ることにより作成されうる。その結果得られる重合体の
親水性の程度は、高い親水性が必要とされる場合にはＮ
−ビニル・ピロリドンのような親水性の高い単量体で、
低い親水性が必要とされる場合にはスチレンのような疎
水単量体でヒドロオキシアルキル・メタクリル酸塩を共
重合することによって変化これうる。適当なヒドロオキ
シアルキル・メタクリル酸塩の一例として、ヒドロオキ
シメチル・メタクリル酸塩がある。

湿度センサに用いうる他のヒドロゲルの例としては、ア
セチルセルロースおよびＮ−ビニル・ピロリドンとポリ
アクリルアミＰの交さ結合重合体がある。

例えばベンゼンのような炭化水素ベー／４’に応答する
ために用いられるぺ−ｉｅ・センサの場合には。

それの吸収層は例えば交さ結合ポリスチレンのような疎
水重合体で形成されうる。

例えばメチルアミンのよう々塩基性べ−ｉｅに応答する
ために用いられるベー・ξ・センサの場合には、それの
吸収層は１例えば交さ結合ポリアクリム酸のような酸性
重合体で形成されうる。

例えば酢酸のような酸性ベーパに応答するために用いら
れるべ−ｉ４・センサの場合には、それの吸収層は例え
ばポリＣツメチルアミノエチル・メタクリル酸塩）のよ
うな塩基性重合体で形成されうる。

以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
。なお、図面は１本発明を一実施例と１゜て湿度センサ
に適用した場合におけるそのセンサの横断面を示してい
る。

本発明をその実施例としての湿度センサに関して説明す
るが、本発明は水蒸気以外のベー□・平に応答するセン
サをも包含するものであることが理解されるであろう。

本発明の実施例による湿度センサは、ダート絶縁物とダ
ート電極との間に親水材料よりなる層を有する絶縁ダー
ト型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）よりなる。前
記親水材料が水蒸気を吸収すると、バルク誘電率の変化
を受ける。

周知のように、ドレン電流対ドレン電圧（ＩＤ−ＶＤ）
特性の飽、相領域でのＩＧＦＥＴの動作に対応した一定
値にドレン電圧ＶＤ？保持した場合、ドレン電流ＩＤは
次の近似式によってダート電圧ＶＤに関係づけられる。

ただしＷおよびＬはそれぞれ伝導チャンネルの幅および
長さであって、ＶＤの値に依存するものであり、μは伝
導チャンネル内の電荷キャリア移動度、Ｃはケゝ−ト容
量、ｖＴは閾値電圧である。

水蒸気の吸収によって惹起されるバルク誘電率の変化に
より、ダート容量Ｃの変化が生じ、そしてこのケ゛−ト
容量の変化によシドレン電流の変化が生ずる。この容量
変化の程度は吸収される水蒸気の量に依存し、その吸収
される水蒸気の量は。

周囲水蒸気分圧および吸収層を形成している材料の親水
性の程度の関数である。ＩＧＦＥＴが交流の一定ケ゛−
ト電圧で動作する場合には、ドレン電流ＩＤは周囲水蒸
気分圧の表示を与える。

図面を参照すると、このセンサは１通常はシリコンであ
る半導体材料の基体】０よりなっている。

この基体１０は１つの導電形式゛（通常ｐ型）にドープ
され、互いに離間］〜た２つの領域１１．１２は他の導
電形式（通常ｎ型）にドープされている。

これらの領域はドレンとソースを構成し、それぞれソー
スおよびドレン電極り、Ｓ’ｒ設けられている。ケゝ−
ト絶縁物１３は二酸化シリコン、窒化シリコンあるいは
オキシ窒化物よりなる層で通常形成され、７かつ親水材
料よりなる層１４を担持している。この実施例では、そ
の親水材料はポリアクリル酸塩ヒトロケ９ル、ヒドロオ
キシエチル・メタクリル酸塩である。この材料は親水性
の程□度を制御できるので特に適していることが立証さ
れている。すなわち、高い親水性が必要な場合には、ヒ
ドロオキシメチル・メタクリル酸塩？、Ｎ−ビニル・ピ
ロリドンのような親水性の高い単量体で重合すればよく
、他方、低い親水性が必要ときれる場合には、ヒドロオ
キシエチル・メタクリル酸塩をスチレンのような疎水単
量体で共重合すればよい。

ざらに、重合のだめの適当な触媒としては、２゜２′−
アゾ−ビス（２−メチル・プロビオニトリルラのような
ホト・ビニルエータ（ｐｈｏｔｏ　ｉｎｉ　ｔｉａｔｏ
ｒ　）があり、必要に応じて、その重合体をダート絶縁
物の表面上にホトリトグラフ法によってパターン化する
ことができる。

ダート電極１５は、金または銅を層１４の上面に蒸着す
ることにより形成される。吸収材料を周囲の水蒸気に露
呈はせるために、ダート電極は適当な形状のシャドウマ
スクによりあるいは例えばイオンビーム・ミリング法を
用いて蒸着膜をエツチングすることにより、パターン化
されつる。あるいは、電極が十分に薄くなされた場合に
は、その電極は所望の程度の露呈？与えるのに十分なだ
け多孔質となるであろう。そのためには、電極は通常１
ｏｏＸと５０ＯＡとの間の厚さ、好ましくは約２００＾
の厚さとなこれるべきである。

このセンサの動作時には、適当なダートおよびドレン電
圧ＶＧ、ＶＤが各電極に印加され、周囲水蒸気分圧を表
わすドレン電流ＩＤがモニタされる。

湿度センサの特定の例においては、ＩＧＦＥＴ’（ｉ−
交流で（通常１　ｋＨｚの周波数で）動作させて、吸収
層に電荷漏れが生ずる傾向を打消すようにすることが望
ましい。

水分吸収層１４はヒドロオキシエチル・メタクリル酸塩
以外のポリアクリル酸塩ヒドロゲル、例えばヒドロオキ
シプロピル−メタクリル酸塩で形成きれつる。さらに１
例えばアセチルセルロースおよびＮ−ビニル・ピロリド
ンまたはポリアクリルアミドの交さ結合重合体のような
他の形式のヒトロケ゛ルを用いてもよい。

水蒸気以外のイー・ぐに応答するために用いられるセン
サの場合には、吸収層１４は所望のベーパまたは所望の
クラスのべ一ノＰに応答するように選択された材料で形
成される。そのセンサがベンゼンのよう々炭化水素ベー
パに応答すＺために用いられる場合には、吸収層１４は
例えば交さ結合ポリスチレンのような疎水重合体で形成
されうる。

このセンサが例えばメチルアミンのような塩基性ベーパ
に応答するために用いられる場合には、吸収層１４は例
えばポリメタクリル酸のような酸性−重合体で形成され
うる。

このセンサが例えば酢酸のような酸性イー・ぞに応答す
るために用いられる場合には、吸収層は例えばポリＣジ
エチルアミノエチル・メタクリル酸塩）のような塩基性
重合体で形成されうる。

吸収層内で電荷漏れが生じない場合には、水蒸気以外の
ベーパに応答するセンサは直流捷たは交流で動作しつる
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例によるベーパ・センサを示す断
面図である。 図面において、１０は半導体基体、Ｄはドレン電極、Ｓ
はソース電極、１３はダート絶縁物、１４は吸収層、１
５はゲート電極をそれぞれ示す。 特許出願人　イーエムアイ　リミテッド代理人　弁理士
　山元俊仁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、選択された種類の周囲ぺ−・母のうちの選択された
   １つまたは任意の１つを吸収しうる材料よりなる層をダ
   ート電極とダート絶縁物との間に有する絶縁ダート型電
   界効果トランジスタよりなり。 前記ダート電極が前記層をベーノｆに露呈させうるよう
   になされており、前記材料が、前記吸収の結果、バルク
   誘電率の変化を受け、それにより前記トランジスタのＰ
   レイ・ソースチャンネル内に導電率の検知可能な変化を
   生じさせるようになされていることを特徴とするペーノ
   ｅ・センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のべ一ノや・センサにお
   いて、前記層が親水性の材料よりなる前記ペーノや中セ
   ンサ。 ３、特許請求の範囲第２項記載のペー・ぐ・センサにお
   いて、前記親水性の材料がヒドロゲルである前記ペーパ
   ・センサ。 ４、特許請求の範囲第３項記載のべ一ノや・センサにお
   いて、前記ヒドロゲルがプリアクリル酸塩である前記ぺ
   −ｉ？・センサ。 ５、特許請求の範囲第３項記載のペーパ・センサにおい
   て、前記ヒドロゲルがアセチルセルロースあるいはＮ−
   ビニルピロリジンまたはポリアクリルアミドの交さ結合
   重合体である前記ベーパ・センサ。 ６、特許請求の範囲第４項記載のベーパ・センサにおい
   て、前記プリアクリル酸塩が、ヒドロオキシアルキル・
   メタクリル酸塩を親水単量体で重合することにより形成
   されたものである前記ぺ一ノや・センサ。 ７、％許請求の範囲第６項記載のベーパ・センサにおい
   て、前記親水単量体がＮ−ビニル・ピロリドンである前
   記ペーパ・センサ。 ８、特許請求の範囲第４項記載のペー・ぐ・センサにお
   いて、前記ポリアクリル酸塩がヒドロオキシアルキル・
   メタクリル酸塩を疎水単量体で重合することにより形成
   されたものである前記ペー／Ｐ・センサ。 ９．特許請求の範囲第８項記載のベーパ・センサにおい
   て、前記疎水単量体がスチレンである前記ベーパ自セン
   サ。 １０、特許請求の範囲第６〜９項のいずれかに記載きレ
   タべ−ｉ！・センサにおいて、前記ヒドロオキシアルキ
   ル・メタクリル酸塩がヒドロオキシエチル・メタクリル
   酸塩である前記ベーパ・センサ。 １１、特許請求の範囲第６〜９項のいずれかに記載すれ
   たベーパ・センサにおいて、前記ヒドロオキシアルキル
   ・メタシリル酸塩がヒドロオキシプロピル・メタクリル
   酸塩である前記ベーパ・センサ。 １２、特許請求の範囲第１項記載のベーパ・センサにお
   いて、前記層が疎水重合体である前記ベーパぐ・センサ
   。 １３、特許請求の範囲第１２項記載のベー・母・センサ
   において、前記疎水重合体が交さ結合？リスチレンであ
   る前記ベー／ｌ・センサ。 １４、特許請求の範囲第１項記載のベーパ・センサにお
   いて、前記層が酸性重合体である前記ベーパ・センサ。 １５、特許請求の範囲第１４項記載のべ一ノｅ・センサ
   Ｋｂいて、前記酸性重合体が交さ結合ポリメタクリル酸
   である前記ベーパぐ・センサ。 １６、％許請求の範囲第１項記載のベー・ぐ・センサに
   おいて、前記層が塩基性重合体である前記ベーパ・セン
   サ。 １７、特許請求の範囲第１６項記載のべ一ノ？・センサ
   において、前記塩基性重合体がポリ（ジエチルアミノエ
   チル・メタクリル酸塩）である前記ベーパ・センサ。